LIGO поймал гравитационные волны от столкновения необычных черных дыр

Два детектора обсерватории LIGO в третий раз за всю историю наблюдений надежно зафиксировали гравитационные волны от столкновения черных дыр. Новый источник располагался в два раза дальше, чем предыдущие столкновения — волны от него шли к Земле около трех миллиардов лет. По словам физиков, масса слившихся черных дыр составила 49 масс Солнца, а энергия, выделившая за время столкновения «превышает световую энергию, излучаемую за это же время всеми звездами и галактиками во Вселенной». Астрономы называют эту пару черных дыр необычной из-за различий в характере их вращения. Исследование опубликовано в журнале  Physical Review Letters, кратко о нем сообщает пресс-релиз МГУ имени Ломоносова, поступивший в редакцию.

Гравитационные волны — волны колебаний геометрии пространства-времени. Они возникают при движении массивных тел с ускорением — буквально любое тело порождает такие волны в согласие с общей теорией относительности. Однако в большинстве случаев это излучение почти невозможно заметить. Только очень плотные, массивные и очень быстрые объекты генерируют достаточно мощные волны, чтобы их могли заметить самые чувствительные приборы на Земле — гравитационные обсерватории.

Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном чуть больше ста лет назад, но лишь в прошлом году, 11 февраля, физики официально объявили об открытии этого явления. Коллаборации LIGO и Virgo совместно заявили о первой успешно пойманной волне. Суммарная масса черных дыр, ставших ее источником составила 65 масс Солнца, а в энергию при слиянии превратилось около трех масс Солнца. Но даже таких колоссальных энергий хватило лишь на то, чтобы плечи лазерных интерферометров сократилась на 10^-21 всей длины. Позднее, 15 июня 2016 года физики сообщили о находке второй гравитационной волны, а также события-кандидата. Однако статистической значимости для события-кандидата не хватило, чтобы официально считать его гравитационной волной. Подробнее о том, что такое гравитационные волны и как их пытались обнаружить, читайте в нашем материале «На гребне метрического тензора».

В январе 2016 года детекторы были остановлены для техобслуживания. Новый сезон сбора данных на детекторах LIGO начался в декабре 2016 года и продлится до конца августа 2017 года.

Новая серия гравитационных волн достигла Земли 4 января 2017 года, около 13:00 по московскому времени. По спектру колебаний метрики и разнице в приходе гравитационных волн на два детектора астрономы определили параметры и примерное направление на черные дыры, породившие новое событие. В результате слияния образовалась новая черная дыра с массой, составляющей около 49 солнечных масс. Физики отмечают особенность нового события: спины (моменты вращения) черных дыр не были сонаправлены. Это может говорить о том, что объекты возникли в разных областях крупного звездного скопления и лишь потом образовали двойную систему.

Среди целей, стоящих перед LIGO и другими научными группами, занимающимися поиском черных дыр, проверка теории относительности в условиях экстремальных гравитационных полей. Уже появились первые работы, предсказывающие отклонения от ОТО в зафиксированных столкновениях черных дыр, однако они требуют подтверждения. В частности, исследователи ищут следы того, что гравитационные волны разной частоты распространяются в пространстве с разной скоростью отличной от скорости света. Пока эта гипотеза не получила подтверждения.

Кроме LIGO чувствительностью, достаточной для поиска гравитационных волн от столкновений черных дыр средних масс, обладает итальянский детектор Virgo. Он должен был присоединиться к LIGO в новом сеансе наблюдений. Однако ряд физиков высказали сомнения в его готовности. Третий детектор поможет астрономам точно установить координаты источника черных дыр — на сегодняшний день ни одно из событий не было связано с каким-либо конкретным астрономическим объектом.